Trombe Duvarı Nasıl Çalışır?
Nüshet Çamuşoğlu / nushet@ekoyapidergisi.org
Güneş enerjisiyle ısıtma, insanların gün boyunca ısıyı hapsetmek ve geceleri yavaşça serbest bırakmak için kerpiç ve taş duvarlar kullandığı eski zamanlardan beri mimaride var olmuştur. Fakat modern haliyle güneş enerjisiyle ısıtma ilk olarak 1920'lerde Avrupalı mimarların toplu konutlarda pasif güneş enerjisi yöntemlerini denemeye başlamasıyla gelişmiştir. Almanya'da Otto Haesler, Walter Gropius ve diğerleri güneş ışığını optimize eden şematik Zeilenbau daireleri tasarladılar ve "heliotropik konutların" ABD'ye ithal edilmesinin ardından, İkinci Dünya Savaşı sırasındaki savaş zamanı yakıt kıtlığı pasif güneş ısıtmasını hızla popüler hale getirdi. Bu sistemin varyasyonları daha sonra dünya çapında çoğaldı, ancak ilk Trombe duvarı 1967 yılına kadar mimar Jacques Michel tarafından Fransa'nın Odeillo kentinde uygulanmadı. Adını mühendis Felix Trombe'den alan sistem, ısıyı yavaşça evin içine iletmek için cam ve koyu renkli, ısı emici bir malzemeyi birleştiriyor.
Standart Trombe duvarı, genellikle tuğla, taş veya betondan yapılmış 10 ila 41 santimetre kalınlığındaki koyu renkli bir duvarın yaklaşık 2 ila 5 santimetre uzağına bir cam panel yerleştirir. Güneş ısısı camdan geçer, termal kütle duvarı tarafından emilir ve daha sonra yavaşça evin içine salınır. Doğrudan güneş radyasyonu daha kısa dalga boyuna sahipken ve bu nedenle camdan kolayca iletilirken, termal kütleden yeniden yayılan ısı, camdan kolayca geçemeyen daha uzun dalga boylu radyasyon şeklini alır. Wien'in yer değiştirme yasası ile tanımlanan güneş radyasyonunun bu özelliği, ısıyı cam panel ile duvar arasına hapsederek Trombe duvarının ısıyı etkili bir şekilde emmesini sağlarken çevreye yeniden yayılmasını sınırlandırır. Dahası, cam panel sadece duvarın dış kısmında yer aldığından, ısı evin iç kısmına engellenmeden geçebilir ve bu işlem 20 santimetre kalınlığındaki bir Trombe duvarı için tipik olarak yaklaşık 8 ila 10 saat sürer. Genellikle bu, duvarın gün boyunca ısıyı emdiği ve geceleri yavaşça eve yeniden yaydığı ve geleneksel ısıtma ihtiyacını büyük ölçüde azalttığı anlamına gelir.
Trombe duvarları genellikle pasif ısıtma işlevlerinin yanı sıra yük taşıma işlevlerine de hizmet eder. Güneş kazancını en üst düzeye çıkarmak için, duvarın camlı tarafı tipik olarak Ekvator'a bakar, bu da duvarın gün boyunca ve kış aylarında daha fazla güneş toplamasını sağlar. Farklı malzemeler, boyutlar, renkler ve diğer değişiklikler de Trombe duvar sisteminin verimliliğini etkileyebilir.
Yaygın bir varyasyon, termal kütlenin doğal iletimini havalandırma ile kolaylaştırılmış konveksiyonla tamamlayan havalandırmalı Trombe duvarıdır. Havalandırma delikleri, cam panel ile duvar arasındaki boşluğun üst ve alt kısımlarına yerleştirilir. Bu boşluktaki hava ısındıkça üstteki menfeze doğru yükselir ve buradan da evin içine yönlendirilir. Aynı zamanda, evin içinden gelen soğuk hava alt havalandırma deliğinden bu boşluğa geçer, burada ısıtılır ve daha sonra üst havalandırma deliğinden tekrar evin içine yönlendirilir.
Bir başka örnek de Steve Bare tarafından geliştirilen ve beton ya da taş yerine termal kütle olarak su kullanan " Drum Duvar". Yağ varilleri gibi koyulaştırılmış çelik kaplar suyla doldurulur ve cam panelin arkasına istiflenir. Su, duvardan daha büyük bir ısı kapasitesine sahip olduğundan, bu sistem teorik olarak ısıyı standart Trombe duvarından daha verimli bir şekilde emer.
Daha küçük ölçekli değişiklikler de Trombe duvarının etkinliğini artırabilir. Örneğin, mimarlar daha iyi sonuçlar elde etmek için genellikle yığma duvarın dış yüzeyine yerleştirilen bir metal folyo tabakası gibi bir radyan bariyer veya seçici yüzey uygularlar. Folyo yüksek emiciliğe sahiptir, bu da yüksek miktarda güneş ışığını emmesini ve ısıya dönüştürmesini sağlar, ancak aynı zamanda bu ısının cama doğru yeniden yayılmasını önleyen düşük emitansa sahiptir. Folyo açılır kapanır bir radyant bariyer ise, özellikle gece ısı kaybını ve yaz aylarında ısı kazancını azaltmak için kullanılabilir. Çatı çıkıntısı gibi bir gölgeleme cihazı ile birlikte kullanıldığında, sıcak mevsimlerde aşırı ısınma büyük ölçüde azaltılabilir.
Son olarak renk, boyut ve malzemenin dikkatli bir şekilde belirlenmesi Trombe duvarının verimliliğini de optimize edebilir. Yığma duvarın kalınlığı kullanılan malzemeye göre değişmelidir: daha iletken malzemeler ısıyı daha hızlı aktaracaktır, bu da daha kalın duvarlar tasarlayarak dengelenebilir. Mimarlar ayrıca yığma duvarın emiciliğini artırmak için siyaha boyayabilir ya da güneş kazancını en üst düzeye çıkarmak için yüksek geçirgenlikli cam kullanabilirler. Bununla birlikte, müşteriler gün ışığının eve girmesine izin vermek için duvarın daha az opak olmasını isteyebilir, bu da tasarımcıların estetik çekicilik ve verimliliği dengelemesini gerektirir. Mimarlar termal kütleyi gizlemek için desenli cam da kullanabilir, ancak bu seçim geçirgenlikten ödün vermeyecektir.
Heliotropik konutların ilk mucitleri muhtemelen iklim değişikliğini dikkate almamış olsalar da, Trombe duvarı gibi pasif güneş ısıtma sistemleri düşük enerji kullanımı ve göreceli sürdürülebilirlikleri nedeniyle günümüzde oldukça caziptir. National Renewable Energy Laboratory tarafından Zion Ulusal Parkı Ziyaretçi Merkezi'nde yapılan bir çalışmada, binanın yıllık ısıtmasının %20'sinin Trombe duvarı tarafından sağlandığı tespit edilmiştir. Elbette, Trombe duvarı ile tasarım yapan mimarlar, özellikle aydınlatma gibi bazı estetik dezavantajların üstesinden gelmelidir. Opak ekvatora bakan duvardan kaynaklanan loşluk, çatı pencereleri, bitişik pencereler ve yeterli yapay aydınlatma ile dengelenebilir. Trombe duvarı aynı zamanda iklime son derece bağımlı bir sistemdir, yani konum ve hava durumu değişiklikleri duvarın etkinliğini olumsuz etkileyebilir. Bununla birlikte, bu endişeler yeterince giderilirse, bu sistem bir yapının enerji verimliliğini büyük ölçüde artırabilir ve hatta ısıtma maliyetlerini önemli ölçüde düşürebilir.